1、凡把兩個不同性狀個體內的遺傳基因轉移到凡把兩個不同性狀個體內的遺傳基因轉移到一起，經過遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳型一起，經過遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳型個體的方式，稱為個體的方式，稱為基因重組基因重組（gene recombination）或或遺傳重組遺傳重組（genetic recombination），），簡稱簡稱重重組組。重重 組組雜交雜交（hybridization）遺傳物質遺傳物質分子水平分子水平上的雜交上的雜交 細胞水平細胞水平 細胞水平的雜交包含分子水平上的重組。細胞水平的雜交包含分子水平上的重組。 基因重組是雜交育種的理論基礎。在方向性基因重組是雜交育種的理論基礎。

2、在方向性還是自覺性方面，比誘變育種前進了一大步。且還是自覺性方面，比誘變育種前進了一大步。且可消除某一菌株在經過長期誘變處理后所出現的可消除某一菌株在經過長期誘變處理后所出現的產量上升緩慢的現象，因此，它是一種重要的育產量上升緩慢的現象，因此，它是一種重要的育種手段。種手段。 原核生物的基因重組形式很多，機制較原始。原核生物的基因重組形式很多，機制較原始。特點：特點： 片段性，僅一小段片段性，僅一小段DNADNA序列參與重組；序列參與重組； 單向性，即從供體菌向受體菌（或從供體基因組單向性，即從供體菌向受體菌（或從供體基因組向受體基因組）作單方向轉移；向受體基因組）作單方向轉移； 轉移機制獨特

3、而多樣，如接合、轉化和轉導等。轉移機制獨特而多樣，如接合、轉化和轉導等。受體菌受體菌（recipient cell，receptor）直接吸收直接吸收供體菌供體菌（donor cell）的的DNA片段而獲得后者部分片段而獲得后者部分遺傳性狀的現象，稱為轉化或轉化作用。遺傳性狀的現象，稱為轉化或轉化作用。通過轉化方式而形成的雜種后代，稱通過轉化方式而形成的雜種后代，稱轉化子轉化子（transformant）。自然遺傳轉化自然遺傳轉化（natural genetic transformation）人工轉化人工轉化（artificial transformation）原核生物原核生物Streptoc

4、occus pneumoniae（肺炎鏈球菌）、肺炎鏈球菌）、Haemophilus（嗜血桿菌屬）、嗜血桿菌屬）、Bacillus（芽孢桿菌屬）、芽孢桿菌屬）、Neisseria（奈瑟氏球菌屬）、奈瑟氏球菌屬）、Rhizobium（根瘤菌屬）、根瘤菌屬）、Staphylococcus（葡萄球菌屬）、葡萄球菌屬）、Pseudomonas（假單胞菌屬）、假單胞菌屬）、Xanthomonas（黃單胞菌屬）等。黃單胞菌屬）等。真核微生物真核微生物Saccharomy cescerevisiae（釀酒酵母）、釀酒酵母）、Neu-rosporacrassa（粗糙脈孢菌）、粗糙脈孢菌）、Aspergillu

5、sniger（黑曲霉）等。黑曲霉）等。感受態感受態是指受體細胞最易接受外源是指受體細胞最易接受外源DNADNA片段片段并能實現轉化的一種生理狀態。并能實現轉化的一種生理狀態。研究發現，能發生轉化的受體細胞都處于感受態。研究發現，能發生轉化的受體細胞都處于感受態。 感受態細胞感受態細胞（competent cell）具有攝取外源具有攝取外源DNADNA能力的細胞。能力的細胞。自然感受態自然感受態是細胞一定生長階段的生理特性，受細菌自身的基因控制；是細胞一定生長階段的生理特性，受細菌自身的基因控制；人工感受態人工感受態則是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取則是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DN

6、ADNA的能力，的能力，或人為地將或人為地將DNADNA導入細胞內。導入細胞內。（該過程與細菌自身的遺傳控制無關！）（該過程與細菌自身的遺傳控制無關！）感受態受遺傳控制，但也存在個體差異。感受態受遺傳控制，但也存在個體差異。感受態出現的時間不同；感受態出現的時間不同；感受態細胞所占比例和維持時間不同；感受態細胞所占比例和維持時間不同；外界環境因子如腺苷酸（外界環境因子如腺苷酸（cAMP）及及Ca2等對等對感受態也有重要影響。感受態也有重要影響。調節感受態的一類特異蛋白稱調節感受態的一類特異蛋白稱感受態因子感受態因子。膜相關膜相關DNADNA結合蛋白結合蛋白（membrane-associate

7、d DNA binding protein）細胞壁細胞壁自溶素自溶素（autolysin）幾個核酸酶幾個核酸酶 轉化因子轉化因子的本質是離體的的本質是離體的DNADNA片段。一般只有片段。一般只有1515kbkb左右。左右。在不同的微生物中，轉化因子的形式不同。在不同的微生物中，轉化因子的形式不同。良好的轉化因子有良好的轉化因子有dsDNAdsDNA（最宜于細胞表面結合）、最宜于細胞表面結合）、ssDNAssDNA和和質粒質粒DNADNA，通常不能與核染色體組發生重組。通常不能與核染色體組發生重組。轉化的頻率通常為轉化的頻率通常為0.10.11.01.0，最高為，最高為2020。能發生轉化的最

8、低能發生轉化的最低DNADNA濃度極低，為化學方法無法濃度極低，為化學方法無法測出的測出的1 110105 5m mgmL（即即1 110101111gmL ）。）。（1）自然遺傳轉化（簡稱自然轉化）自然遺傳轉化（簡稱自然轉化） 1928年，年，Griffith發現肺炎鏈球菌（發現肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）的轉化現象，的轉化現象，轉化過程研究得較深入的就轉化過程研究得較深入的就是這種是這種G G細菌。細菌。目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉化的能力目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉化的能力進行自然轉化，需要二方面必要的條件：進行自然轉化，需要二方面必要的

9、條件：建立了感受態的受體細胞建立了感受態的受體細胞外源游離外源游離DNA分子分子枯草芽孢桿菌的自然轉化過程（革蘭氏陽性菌的轉化模型）枯草芽孢桿菌的自然轉化過程（革蘭氏陽性菌的轉化模型）strR，存在抗鏈霉素的基因標記存在抗鏈霉素的基因標記strS，有鏈霉素敏感型基因標記有鏈霉素敏感型基因標記自然轉化過程的特點：自然轉化過程的特點：a）對核酸酶敏感；對核酸酶敏感；c）轉化是否成功及轉化效率的高低主要取決于轉化轉化是否成功及轉化效率的高低主要取決于轉化（DNA）供體菌和受體菌之間的親源關系；供體菌和受體菌之間的親源關系；d）通常情況下質粒的自然轉化效率要低得多；通常情況下質粒的自然轉化效率要低得多

10、；b）不需要活的不需要活的DNA給體細胞；給體細胞；提高質粒的自然轉化效率的二種方法：提高質粒的自然轉化效率的二種方法：1）使質粒形成多聚體，這樣進入細胞后重新組合成有）使質粒形成多聚體，這樣進入細胞后重新組合成有 活性的質粒的幾率大大提高；活性的質粒的幾率大大提高；2）在質粒上插入受體菌染色體的部分片段，或將質粒）在質粒上插入受體菌染色體的部分片段，或將質粒轉化進含有與該質粒具有同源區段的質粒的受體菌轉化進含有與該質粒具有同源區段的質粒的受體菌重組獲救重組獲救。（2）人工轉化）人工轉化用用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉化手段。處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉化手段。在自然轉化的基

11、礎上發展和建立的一項細菌基因重在自然轉化的基礎上發展和建立的一項細菌基因重組手段，是基因工程的奠基石和基礎技術。組手段，是基因工程的奠基石和基礎技術。不是由細菌自身的基因所控制；不是由細菌自身的基因所控制；用多種不同的技術處理受體細胞，使其人為地處用多種不同的技術處理受體細胞，使其人為地處于一種可以攝取外源于一種可以攝取外源DNA的的“人工感受態人工感受態”。質粒的轉化效率高；質粒的轉化效率高；指用提純的病毒核酸（指用提純的病毒核酸（DNADNA或或RNARNA）去感染其去感染其宿主細胞或其原生質體，可增殖出一群正常病毒宿主細胞或其原生質體，可增殖出一群正常病毒后代的現象。后代的現象。噬菌體噬

12、菌體DNA被感受態細胞攝取并產生有活性的病毒顆粒被感受態細胞攝取并產生有活性的病毒顆粒現在把現在把DNA轉移至動物細胞的過程也稱轉染轉移至動物細胞的過程也稱轉染提純的噬菌體提純的噬菌體DNADNA以轉化的（而非感染）途徑以轉化的（而非感染）途徑進入細胞并表達后產生完整的病毒顆粒。進入細胞并表達后產生完整的病毒顆粒。特點：特點：轉染轉染轉化轉化把重組噬菌體或重組病把重組噬菌體或重組病毒毒DNADNA引入受體細胞引入受體細胞 以質粒為載體的重組以質粒為載體的重組DNADNA分子引入受體細胞分子引入受體細胞 通過通過缺陷噬菌體缺陷噬菌體（defective phage）的媒介，的媒介，把供體細胞的小

13、片段把供體細胞的小片段DNADNA攜帶到受體細胞中，通過攜帶到受體細胞中，通過交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳性狀的現象，稱為象，稱為轉導轉導。獲得新遺傳性狀的受體細胞，就。獲得新遺傳性狀的受體細胞，就稱稱轉導子轉導子（transductant）。）。由噬菌體介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式：由噬菌體介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式：一個細胞的一個細胞的DNADNA通過病毒載體的感染轉移到另一個細胞中通過病毒載體的感染轉移到另一個細胞中 能將一個細菌宿主的部分染色體或質粒能將一個細菌宿主的部分染色體或質粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體稱為帶

14、到另一個細菌的噬菌體稱為轉導噬菌體轉導噬菌體。細菌轉導的二種類型：細菌轉導的二種類型：普遍性轉導普遍性轉導局限性轉導局限性轉導流產普遍轉導流產普遍轉導完全普遍轉導完全普遍轉導通過極少數通過極少數完全缺陷噬菌體完全缺陷噬菌體對對供體菌供體菌任何小任何小片段片段DNADNA進行進行“誤包誤包”，而將其遺傳性狀傳遞給，而將其遺傳性狀傳遞給受體受體菌菌的現象，稱為的現象，稱為普遍轉導普遍轉導。一般用溫和噬菌體作為普遍轉導的媒介。一般用溫和噬菌體作為普遍轉導的媒介。 簡稱簡稱普遍轉導普遍轉導或或完全轉導完全轉導（complete transduction）。經轉導嗜菌體的媒介而獲得了供。經轉導嗜菌體的媒

15、介而獲得了供體菌體菌DNADNA片段的受體菌，外源片段的受體菌，外源DNADNA在其內進行在其內進行交換、交換、整合和復制整合和復制，使其成為一個遺傳性狀穩定的重組體，使其成為一個遺傳性狀穩定的重組體，稱作稱作普遍轉導子普遍轉導子，這種現象就稱普遍轉導。，這種現象就稱普遍轉導。Salmonella typhimurium（鼠傷寒沙門氏菌）鼠傷寒沙門氏菌）的野生菌株的野生菌株Salmonella typhimurium（鼠傷寒沙門氏菌）鼠傷寒沙門氏菌）的營養缺陷型突變株的營養缺陷型突變株P22P22嗜菌體嗜菌體供體菌供體菌受體菌受體菌轉導模型供體菌供體菌受體菌受體菌轉導媒介轉導媒介嗜菌體嗜菌體誤

16、包誤包轉導顆粒轉導顆粒普遍轉導子普遍轉導子雙雙交交換換同源配對同源配對1010-6-61010-8-8S.typhimurium的的P22P22噬菌體噬菌體、E.coli的的P1P1噬菌體噬菌體、Bacillus subtilis的的PBS1PBS1和和SP10SP10等噬菌體等噬菌體都能進行都能進行完全普遍轉導完全普遍轉導。供體菌供體菌轉導媒介轉導媒介嗜菌體嗜菌體受體菌受體菌 簡稱簡稱流產轉導流產轉導（abortive transduction）。經轉經轉導嗜菌體的媒介而獲得了供體菌導嗜菌體的媒介而獲得了供體菌DNADNA片段的受體菌，外片段的受體菌，外源源DNADNA在其內既在其內既不進行

17、交換、整合和復制不進行交換、整合和復制，也不迅速消，也不迅速消失，而僅進行轉錄、轉譯和性狀表達，這種現象就稱失，而僅進行轉錄、轉譯和性狀表達，這種現象就稱流產轉導。流產轉導。受體菌受體菌外源外源DNADNA細胞分裂細胞分裂外源基因經轉錄、轉譯而外源基因經轉錄、轉譯而形成的少量酶形成的少量酶獲得外源獲得外源DNADNA獲得少量酶獲得少量酶不不斷斷稀稀釋釋特點：在選擇培養基平板上形成微小菌落特點：在選擇培養基平板上形成微小菌落DNA不能復制，因此群體中僅一個細胞含有不能復制，因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產物，形成微小菌落。而其它細胞只能得到其基因產物，形成微小菌落。普遍

18、性轉導的三種后果：普遍性轉導的三種后果：進入受體的外源進入受體的外源DNA通過通過與細胞染色體的重組交換與細胞染色體的重組交換而形成穩定的而形成穩定的轉導子轉導子。流產轉導流產轉導（abortive transduction）轉導轉導DNA不能進行重組和復制，但其不能進行重組和復制，但其攜帶的基因可經過轉錄而得到表達。攜帶的基因可經過轉錄而得到表達。特點：在選擇培養基平板上形成微小菌落特點：在選擇培養基平板上形成微小菌落外源外源DNA被降解，轉導失敗。被降解，轉導失敗。DNA不能復制，因此群體中僅一個細胞含有不能復制，因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產物，形成微小菌落。

19、而其它細胞只能得到其基因產物，形成微小菌落。 指通過指通過部分缺陷的溫和噬菌體部分缺陷的溫和噬菌體把把供體菌供體菌的少的少數數特定基因特定基因攜帶到攜帶到受體菌受體菌中，并與后者的基因組整中，并與后者的基因組整合、重組，形成轉導子的現象。合、重組，形成轉導子的現象。 最初于最初于19541954年在年在E. coliK12中發現。中發現。特點：特點： 只只局限于傳遞供體菌核染色體上的局限于傳遞供體菌核染色體上的個別特定基因個別特定基因，一般為噬菌體整合位點兩側的基因；一般為噬菌體整合位點兩側的基因； 該特定基因由該特定基因由部分缺陷的溫和噬菌體部分缺陷的溫和噬菌體攜帶；攜帶； 缺陷噬菌體的形成

20、方式是由于它在脫離宿主染色體過缺陷噬菌體的形成方式是由于它在脫離宿主染色體過程中，發生低頻率（程中，發生低頻率（1010-5-5）“誤切誤切”（不正常切離，（不正常切離，abnormal excesion）或由于雙重溶源菌的或由于雙重溶源菌的裂解裂解而形成；而形成； 局限轉導噬菌體的產生要通過局限轉導噬菌體的產生要通過UVUV等因素對溶源菌的等因素對溶源菌的誘導誘導并引起裂解后才產生。并引起裂解后才產生。局局限限轉轉導導低頻轉導低頻轉導高頻轉導高頻轉導根據轉導子出現頻率的高低分類根據轉導子出現頻率的高低分類溫和噬菌體感染溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上整合到細菌染色體的特定位點上宿主

21、細胞發生溶源化宿主細胞發生溶源化溶源菌因誘導而發生裂解時，溶源菌因誘導而發生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基在前噬菌體二側的少數宿主基因因偶爾發生的不正常切割而因因偶爾發生的不正常切割而連在噬菌體連在噬菌體DNA上上部分缺陷的溫和噬菌體部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數特定基因轉移到受體菌中把供體菌的少數特定基因轉移到受體菌中缺陷噬菌體在宿主細胞內能夠象正常的缺陷噬菌體在宿主細胞內能夠象正常的DNADNA分子一樣進行分子一樣進行復制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成復制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉導顆粒轉導顆粒。但沒有正常噬菌體的但沒有正常噬菌體的溶源性和增殖能力溶源性和增殖能力，感

22、染受體細胞，感染受體細胞后，通過后，通過DNADNA整合進宿主染色體而形成穩定的整合進宿主染色體而形成穩定的轉導子轉導子。E. coli的的嗜菌體嗜菌體和和8080嗜菌體嗜菌體具有局限轉導的能力。具有局限轉導的能力。 正常的溫和噬菌體感染其宿主而使其發生正常的溫和噬菌體感染其宿主而使其發生溶源化溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主核基因時，因噬菌體的基因整合到宿主核基因組上，而使宿主獲得了除免異性外的組上，而使宿主獲得了除免異性外的新遺傳性新遺傳性狀狀的現象，稱溶源轉變。的現象，稱溶源轉變。一個與轉導相似又不同的現象一個與轉導相似又不同的現象溶源轉變與轉導的不同？溶源轉變與轉導的不同？a）這是一

23、種不攜帶任何外源基因的正常時菌體；這是一種不攜帶任何外源基因的正常時菌體；b）是嗜菌體的基因內而不是供體菌的基因提供了是嗜菌體的基因內而不是供體菌的基因提供了宿主的信性狀；宿主的信性狀；c）新性狀是宿主細胞溶源化時的表型，而不是經遺新性狀是宿主細胞溶源化時的表型，而不是經遺傳重組形成的穩定轉導子；傳重組形成的穩定轉導子；d）獲得的性狀可隨嗜菌體的消失而同時消失；獲得的性狀可隨嗜菌體的消失而同時消失； 供體菌供體菌（“雄性雄性”）通過通過性菌毛性菌毛與與受體菌受體菌（“雌雌性性”）直接接觸，把）直接接觸，把F F質粒質粒或其攜帶的不同長度的或其攜帶的不同長度的核基因核基因組片段組片段傳遞給后者，

24、使后者獲得若干新遺傳性狀的現象，傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳性狀的現象，稱為稱為接合接合。通過接合而獲得新遺傳性狀的受體細胞，就。通過接合而獲得新遺傳性狀的受體細胞，就是是接合子接合子（conjugant）。）。1946年，年，Joshua Lederberg 和和Edward L.Taturm細菌的多重營養缺陷型雜交實驗細菌的多重營養缺陷型雜交實驗通過細胞與細胞的直接接觸而產生的通過細胞與細胞的直接接觸而產生的遺傳信息的轉移和重組過程遺傳信息的轉移和重組過程中間平板上長出的中間平板上長出的原養型菌落是兩菌原養型菌落是兩菌株之間發生了遺傳株之間發生了遺傳交換和重組所致！交換和重組所致！大腸

25、桿菌的接合機制大腸桿菌的接合機制接合作用是由一種被稱為接合作用是由一種被稱為F因子的質粒介導因子的質粒介導F因子的分子量通常為因子的分子量通常為5107，上面有編碼細菌產生性菌毛，上面有編碼細菌產生性菌毛（sex pili）及控制接合過程進行的及控制接合過程進行的20多個基因。多個基因。含有含有F因子的細胞：因子的細胞：“雄性雄性”菌株（菌株（F+），），其細胞表面有性菌毛其細胞表面有性菌毛不含不含F因子的細胞：因子的細胞：“雌性雌性”菌株（菌株（F-），），細胞表面沒有性菌毛細胞表面沒有性菌毛F因子為附加體質粒因子為附加體質粒可脫離染色體在細胞內獨立存在，可插入（整合）到染色體上可脫離染色體

26、在細胞內獨立存在，可插入（整合）到染色體上F F因子的四種細胞形式因子的四種細胞形式a）F F- -菌株菌株， 不含不含F因子，沒有性菌毛，但可以通過接合因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收作用接收F因子而變成雄性菌株（因子而變成雄性菌株（F+）；）；b）F F+ +菌株菌株， F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）HfrHfr菌株菌株，F F因子插入到染色體因子插入到染色體DNADNA上上，細胞表面有性菌毛。，細胞表面有性菌毛。d）FF菌株菌株，Hfr菌株內的菌株內的F因子因不正常切割而脫離染因子因不正常切割而脫離染色體時，色體時， 形成游離的但攜帶一小段

27、染色體基因的形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，因子，特稱為特稱為F因子。因子。 細胞表面同樣有性菌毛。細胞表面同樣有性菌毛。通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩細胞通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩細胞的原生質體進行融合，借以獲得兼有雙親遺傳性的原生質體進行融合，借以獲得兼有雙親遺傳性狀的穩定的重組子的過程，稱為狀的穩定的重組子的過程，稱為原生質體融合原生質體融合。由此法獲得的重組子，成為由此法獲得的重組子，成為融合子融合子（fusant）。）。選擇兩個有特殊價值的并帶有選擇性遺傳標記的細胞作為親本選擇兩個有特殊價值的并帶有選擇性遺傳標記的細胞作為親本脫壁酶脫壁酶細菌或放線菌可用細菌或放線菌可用溶菌酶溶菌酶或或青霉素青霉素處理，處理，真菌可用真菌可用蝸牛酶蝸牛酶或其他相應的或其他相應的脫壁酶脫壁酶等等離心聚集離心聚集在高滲溶液中稀釋在高滲溶液中稀釋加入促融合劑或電脈沖加入促融合劑或電脈沖各種選擇性培養基各種選擇性培養基原生質體融合的主要步驟是：原生質體融合的主要步驟是：原生質體融合的重組頻率已大于原生質體融合的重組頻率已大于1010-1-1（而誘變育種一（而誘變育種一般僅為般僅為1010-6-6）；）；同種的不同同種的不同菌株間菌株間或或種間種間進行融合，進行融合，屬間、科間屬間、科間甚至更遠緣的微生物或高等生物細胞間甚至更遠緣的微生物或高等生物細胞間的融合